设计柔性PCB

2021-04-14

设计柔性PCB

柔性電(diàn)路与刚性PCB相比具有(yǒu)很(hěn)多(duō)优势，刚性PCB不仅非常薄，而且可(kě)以将连接系统和電(diàn)缆作為(wèi)单个组件包含在内。它们也可(kě)以形成在壳體(tǐ)中或简单地提供非常薄的基板。它们通常由不同的层组成，这些层用(yòng)环氧树脂粘合并结合在一起：

·顶盖

·顶层铜层

·绝缘子

·底部铜层

·底部覆盖层

·加强筋

它们更难设计，特征必须较大以确保坚固性，并且走線(xiàn)需要弯曲以防止应力破裂。使用(yòng)免费工具进行开发并非一帆风顺，因為(wèi)它们缺乏某些功能(néng)来管理(lǐ)复杂性。覆盖层，铜质特征，用(yòng)于确保坚固耐用(yòng)的设计以及诸如开关之类的物(wù)品的导電(diàn)图案。

一个可(kě)行的问题

在这种设计中，它具有(yǒu)2个带有(yǒu)通孔的铜层，焊接的表面安装元件，双开关触点和近1米長(cháng)。触点装置设计為(wèi)与带有(yǒu)碳素点的橡胶膜开关触点阵列配合使用(yòng)。每个按键有(yǒu)两组触点，以便处理(lǐ)器测量速度。在原始零件中，它具有(yǒu)碳涂层而不是镀金，以保持较低的成本，但是，随着时间的流逝，它们会氧化并停止正常工作。下图显示了来自仪器的原始故障绿色柔性電(diàn)路的一部分(fēn)。

开关触点和FPC连接器使功能(néng)少的CAD工具立即成為(wèi)设计难题，因為(wèi)必须从开关触点區(qū)域中排除Coverlay。

概念设计

首先创建总體(tǐ)特征和概念设计的概述。重要的是要确定轨道，过孔和元件焊盘的较大且坚固的特征尺寸。

最脆弱的联系

首先评估涉及连接器的选择，在此设计中，选择了坚固的1mm间距Molex 522072460 24Way顶部接触镀金连接器。层的构造和堆叠对于连接器至关重要，因為(wèi)它具有(yǒu)非常严格的公差。设计的其余部分(fēn)将跟随连接器周围的堆叠，因為(wèi)它具有(yǒu)宽容差，并且在整个设计中保持一致的堆叠可(kě)确保经济高效的设计和制造过程。

设计工具问题和解决方法

免费版本的DesignSpark PCB是设计PCB的出色工具，它有(yǒu)很(hěn)多(duō)局限性，但是在使用(yòng)挠性PCB时，可(kě)以通过谨慎的解决方法和使用(yòng)Gerber文(wén)件编辑器（例如Linux上的“ Gerbv”）来克服它们。平台。管理(lǐ)的基本限制

·无法在PCB符号的特定區(qū)域中排除阻焊剂，因此限制了它在覆盖层中的使用(yòng)。

·无法在PCB符号中放置不是焊盘的其他(tā)固定铜元件，以支持诸如马刺之类的加固功能(néng)

·无法防止為(wèi)PCB焊盘符号（例如FPC连接器和开关触点）生成粘贴掩膜

·处理(lǐ)顶部和底部铜层上的焊盘

·无法从阻焊层输出文(wén)件中省略过孔，以便将其用(yòng)作完全绝缘层的覆盖层

·仅限于一个文(wén)档层，可(kě)以使用(yòng)一个以上的文(wén)档层来生成各种制造图纸

·固定孔不是“普通”孔，并且总是铜

这些属性的变通办法都得到了仔细的管理(lǐ)：

·文(wén)档层用(yòng)于為(wèi)Gerber输出期间与阻焊层合并的Coverlay创建孔區(qū)域。

·修改了单独保存的PCB版本，删除了过孔，并用(yòng)两个轮廓線(xiàn)代替了加劲肋區(qū)域的電(diàn)路板轮廓線(xiàn)。

·為(wèi)了在FPC连接器上添加其他(tā)未连接的铜层以实现正确的堆叠，请复制FPC组件焊盘并将其重新(xīn)分(fēn)配给另一个铜层。

·用(yòng)于工程图的其他(tā)工具，例如Visio。

·Gerber编辑器用(yòng)于删除FPC和开关触点的焊膏掩膜功能(néng)，此处使用(yòng)在Linux平台上运行的名為(wèi)Gerbv”的出色工具。

创建组件

创建自己的组件库至关重要。如果使用(yòng)诸如SamacSys之类的组件库数据库，则复制所需的组件零件，并进行必要的修改以自己制作。

开关触点具有(yǒu)焊盘和文(wén)档层，以定义Coverlay孔所在的位置。在此示例中，重要的是，开关膜片在操作时不会卡住Coverlay的边缘，因為(wèi)它们可(kě)能(néng)会导致连接不良。

创建FPC的文(wén)档层显示了Coverlay膜的排除层，如果需要满足定义的堆叠要求，则还需要复制顶层铜层。

像在普通PCB中一样，创建设计中使用(yòng)的固定物(wù)和其他(tā)组件。对于具有(yǒu)较深覆盖层的堆叠，可(kě)能(néng)有(yǒu)必要像开关组件一样使用(yòng)文(wén)档层来定义和排除區(qū)域，以使组件的主體(tǐ)可(kě)以与胶片齐平放置，而不会将支脚抬离焊盘。许多(duō)小(xiǎo)型功率二极管封装都具有(yǒu)此属性，并且可(kě)能(néng)引起回流焊接问题。

Coverlay设计

在上面的示例中，重要的是要记住，Coverlay不仅可(kě)以抵抗焊料，而且还可(kě)以提供机械强度，以防止弯曲时走線(xiàn)和焊盘剥落。上面的组件是為(wèi)“静态”应用(yòng)中的柔性電(diàn)路定义的。仅在最终组装时才弯曲。对于具有(yǒu)定期屈曲的应用(yòng)，则需要采取其他(tā)措施，例如在垫上添加骨刺以帮助将其固定在Coverlay下。这可(kě)以通过将轨道手动添加到设计中来完成。

设计布局

现在，在进入原理(lǐ)图之后进行设计。由于柔性電(diàn)路的连接错误非常难于返工或修改，因此造成的损失非常高。因此，即使对于简单的電(diàn)路，也强烈建议不要直接移动到布局，而也要创建链接的原理(lǐ)图，以便可(kě)以验证所有(yǒu)電(diàn)路节点和设计规则。

在以下设计的摘录中，使用(yòng)弯曲的走線(xiàn)，较大的间隙和功能(néng)来确保鲁棒性。

在这种特殊设计中，组件的放置和固定非常痛苦，要求在1米的長(cháng)度上具有(yǒu)+/- 0.05mm的公差。底层的金属制品，开关的固定和放置对于确保机械子组件正确安装且不会影响演奏體(tǐ)验或遗失音符至关重要！

加劲肋设计和覆盖数据

重要的是要创建一个PCB副本，该副本具有(yǒu)為(wèi)Stiffener區(qū)域定义的两个板轮廓區(qū)域和一个去除通孔的阻焊层。一旦将系统和相对原点设置為(wèi)PCB上的已知固定点，就可(kě)以使用(yòng)“另存為(wèi)”完成此操作。在这种情况下，选择并标记了S1上的左下固定点。

由于Coverlay数据是从阻焊层输出（合并文(wén)档层）生成的，并且通孔是同时生成的。必须以某种方式除去通孔及其焊盘。然后，如下所示手动执行去除派生设计上不需要的过孔的过程。

完成后，“子”设计将减去任何通孔，并且两个加强筋區(qū)域可(kě)以看作是单独的電(diàn)路板轮廓。

制造信息

下一步是為(wèi)Top Coverlay和Stiffner轮廓创建制造信息。

顶部焊料掩膜打开了包含附加Coverlay孔径信息的顶部文(wén)档层。顶部焊料掩膜也被重命名為(wèi)“顶部覆盖层焊料掩膜”，以避免混淆，并创建了一个新(xīn)的图“加劲剂轮廓”，它只是板的轮廓。

从预览中可(kě)以看到Coverlay现在已正确生成。

在原始電(diàn)路板布局中，根据设计的堆叠和精确命名约定，使用(yòng)常规方法生成其余的制造Gerber文(wén)件。

Gerber文(wén)件查看和编辑

现在是时候编辑焊膏文(wén)件并在Gerber文(wén)件查看器中检查生成的文(wén)件了。首先将文(wén)件加载到Gerbv中，并检查图层的对齐方式以及它们是否完成了您需要代表的工作。

也可(kě)以检查孔的位置，只需将它们加载到查看器中即可(kě)。确认顶部和底部Coverlays中缺少通孔功能(néng)也是一个好主意。

选择阻焊膏并从设计中删除FPC和开关接触元件。

完成了！

Gerbv现在可(kě)以根据需要表示制造CAD数据。现在只需要描述特征，堆叠和尺寸细节的图纸。重要的是要代表您所需要的图片，以便质量保证人员可(kě)以在工厂检查基本属性。